基于一个支持事务存储的多核处理器结构设计

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1、中国科学技术大学硕士学位论文一个支持事务存储的多核处理器结构设计姓名：何裕南申请学位级别：硕士专业：计算机系统结构指导教师：安虹20060501中国科学技术大学硕士学位论文摘要单芯片多处理(ChipMulti．ProcessingorChipMulti．Processor，CMP)通过在单块芯片上集成多个处理单元，在芯片内部共享缓存，提高了缓存利用率，简化了芯片设计的复杂度。但是，在CMP结构上采用由用户显式制导的共享存储并行程序编程模型，使用锁和同步变量来实现同步的方法存在很大的局限性。事务存储(Transactional

2、Memory,TM)模型通过事务执行的原子性和可串行性，为CMP结构提供了程序并行执行和同步的方法，编程模型简单，有利于程序并发性的发掘。为了进行CMP结构上TM模型的研究，我们设计了一个支持TM的CMP结构TMCMS(Transactional．MemorybasedChipMultiple．Superscalar)，并设计实现了TMCMS的模拟器OpenCMP以及软件支持。本文详细介绍了TMCMS结构模型设计和模拟器以及软件支持的设计实现。本文主要的研究内容和成果包括以下几个方面：(1)详细分析了TM模型技术的现状和发展

3、，提出了TM模型分类方法，深入比较了～些主要的硬件事务存储模型实现的优缺点；抽象了事务存储模型最基本的特征，提出了四个基本组成模块。(2)以简化硬件设计和可扩展性为目标，围绕四个核心事务存储模型组成模块，定义了事务的执行控制过程，划分了软硬件支持，设计了一个支持事务存储的CMP结构TMCMS，包括基本结构、执行模型、编程模型和线程划分方法。(3)为验证TMCMS结构设计，设计和实现了模拟器OpenCMP。在模拟器设计过程中，解决了事务存储模型基本组成模块的实现、多核处理器扩展、事务存储性能评价模型三个关键问题。此外，还设计了

4、TMCMS的软件支持部分，包括事务初始状态数据结构和事务相关中断处理程序。(4)选取FFT程序作为基准测试程序评估了TMCMS设计方案。从以下两个方面进行性能评价：①处理单元个数和指令Cache共享对于性能影响：QTMCMS的软件模型实现的开销。初步实验表明，TMCMS性能随着处理单元个数增加而增加，具有良好的可扩展性，可以发掘程序潜在的并行性。关键词：处理器体系结构；单芯片多处理；事务存储模型；处理器模拟器；性能评估；事务执行模型VlAbstractCMPisalmostalinearintegrationofeasyto

5、design，verifyanddebugCO‘es·Complexitydoesn’tscaleexponentiallywhenmorecoresandmorethreadsareadded·But．itisdi伍culttowriteconcurrentprogramsforCMPwithlocks，forthecomplexityofensuringpropersynchronization．TransactionalMemory(TM)givesasolutiontosimplifyparallelprogramm

6、ingbyexecutingcodewithintransactlons·ForsupportingtheresearchonTransactionalMemoryforCMP,wedesignedTMCMS．aCMParchitecturewithtransactionalmemorysupportandimplementedthesof帆areandhardwaresupport．ThispaperintroducestheTMCMSarchitecture，theOpenCMPsimulatorandsoftwares

7、upport·Theresearchcontentandachievementofthisthesisincludethefollowingaspects：(1)summarizedthetechnologyofTMmodel，classifiedtheTMtechnologyandaJlalyzedallkindsofTMarchitectureindetail；putforwardfou。mamcomponentsbyabstractingthekeyfeaturesofTMmodel；(2)definedthecont

8、rolofthreadexecution；devideddesignintohardwareandsoftwaresupport；designedtheTMCMSarcllitecture，includingtheexecutionmodel，programmingmodeIandt11r